In this research, soil analysis and adsorption were conducted, and compared with the water quality of bank filtration and river in terms of TS, TDS, SS, $NH_4$-N, $NO_3$-N, $NO_2$-N, Fe, Mn, BOD and $KMnO_4$ consumption for the development of bank filtration in Gimhae city. Analysis of soil showed high levels of Fe (470 mg/kg), Mn (80 mg/kg) and $NH_4$-N (15 mg/kg). Also, adsorption coefficient values (k and 1/n) were 0.00159 and 0.8714, respectively. This implies that the adsorption of the soil depends on organic matter. Water qualitiy of the river and the bank filtration revealed that the concentrations of TS and TDS almost didn't change but the concentration of SS decreased 84% through the bank filtration. $NH_4$-N in the bank filtration was detected more than 1 mg/L which might be due to agricultural activities in the research area. $NO_3$-N was close to the detection limit owing to the removal by the adsorption. $KMnO_4$ consumption and BOD of the river were decreased by the bank filtration 250% and 350%, respectively, while Fe and Mn were significantly increased by the bank filtration.
Experiments were performed to estimate the organic release from the aquifer soil in riverbank and/or riverbed filtration via a kinetic approach. Organic release was assumed as a reaction of first order regarding concentrations in both soil and water phases. The reaction rate constants were obtained by comparing the model predictions with the experimental data of organic release reaction and the equilibrium distribution of organic matter between water and soil phases. Results show that the organic release from the aquifer soil was not negligible under normal conditions in Korea reaching 4.7mg-COD/L-day. This indicates that manganese and iron start to be released from aquifer soil in the riverbank filtration in the middle reach of the Nakdong river if the travel time of the filtrate exceeds about 5 days. It was also seen that the COD of the soil organic matter was 0.89mg-COD/mg-OM and that 65% of the COD was BOD5.
연직배수재는 필터와 코어로 형성되며, 필터의 주요기능으로 첫째, 흙 입자의 유실을 방지할 수 있는 흙 보유성과 둘째, Clogging 또는 Blinding현상 발생 없이 간극수를 원활히 배출시키는 투수성을 갖추어야 한다. 상대적으로 투수성이 낮은 지반에서 미세입자로 인하여 필터의 투수성을 저하시키는 필터폐색(Clogging) 현상이 발생하는데 필터의 폐색현상(Clogging)이 점진적으로 증가하면, 간극수의 흐름을 저하시켜 결국 압밀지연을 초래한다. 지반-필터의 거동에 따른 설계(시방)기준은 토목섬유 필터의 간극크기와 흙의 입도의 상관관계에 의해 결정되어야 하나, 국내에서는 필터폐색(Clogging)현상과 지반-필터의 거동 분석 없이 필터재의 유효입경(AOS, Apparent Opening Size)만을 고려하여 필터의 설계(시방)기준을 일률적으로 적용하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 3가지 종류의 연직배수재 필터를 대상으로 필터의 거동 및 필터폐색(Clogging)현상을 평가하고자 실내시험을 수행하였고, 이를 토대로 ${\bigcirc}{\bigcirc}$지역에서 연직배수재 필터의 설계(시방)기준을 선정하여 적용하였다.
The main purpose of this research is to find suitable treatment methods of wastewater effluent for artificial recharge. For this purpose, we search the effluent quality of wastewater treatment plant and possibility of additional filtration process. Particles ranged 2 ~ 5 ${\mu}{\textrm}{m}$ and 15~20 ${\mu}{\textrm}{m}$ in "T" WWTP(Waste Water Treatment Plant) effluent were relatively dominant. In dual-media filtration system operation, head-loss development of column 1 was about two times faster than column 2, and head-loss development within 5 cm from surface was very important factor in operation, Conclusively, for the stable filtration and running time of 1.5~2 day, influent turbidity must keep 5 NTU or below, and filtration system must operated at 280 m/day or below. After filtration of WWTP effluent, water quality reached satisfactory level. This water has potential of agricultural reusing, flushing water in building, recharging water to river or stream at dry season and artificial recharge of ground water.und water.
하수처리장 방류수를 추가로 처리하여 하천의 수질을 개선하려는 노력의 일환으로 범람/휴지식 홍수터여과에 대한 파일럿 규모의 실험을 수행하였다. 대상토양은 낙동강의 구미, 대구, 그리고 김해에서 얻었으며, 각 토양별로 운전경과에 따른 침투율 감소현상과 여러 침투율에서 각종 오염물질의 여과거리에 따른 제거율을 조사하였다. 실험결과 운전시간이 경과함에 따라 표층에서 폐색이 점차 발달하였고 이에 따라 침투율이 지수함수적으로 감소하였다. 표층의 폐색제거에 필요한 주기는 모든 토양에서 2주 이상이었고, 안정적인 침투율은 구미토양의 경우 5 m/day, 대구와 김해 토양의 경우에는 1 m/day이었다. 불포화대에서는 여과거리 증가에 따라 용존산소의 농도가 오히려 증가하여 범람/휴지를 번갈아 적용하는 방식이 토양을 호기환경으로 유지하는데 효과적임을 알 수 있었다. 모든 토양에서 침투율이 증가하여도 여과거리에 따른 오염제거특성은 거의 일정하였다. BOD와 탁도는 모든 토양의 여과거리 1.2 m에서 대부분 제거가 가능하였으며, COD는 3.6 m 여과에서 30% 이상 제거되었고 여과거리가 증가하면 그 제거율이 다소 향상될 것으로 예상되었다. 모든 토양의 표층부근에서 질산화반응이 진행되었으나 실험된 여과거리에서는 질소의 제거가 거의 없었다. 구미토양에서는 인 제거율이 낮았으나 다른 토양에서는 인 제거율이 상당하거나 매우 높아서 본 공법을 잘 활용하는 경우 하천수질을 크게 개선할 수 있을 것으로 기대되었다.
In the context of artificial groundwater recharge, a reactive soil column at pilot-scale (4.5 m depth and 3 m in diameter) fed by treated wastewater was designed to evaluate soil filtration ability. Here, as a part of this project, the impact of treated wastewater filtration on soil bacterial communities and the soil's biological ability for wastewater treatment as well as the relevance of the use of multi-bioindicators were studied as a function of depth and time. Biomass; bacterial 16S rRNA gene diversity fingerprints; potential nitrifying, denitrifying, and sulfate-reducing activities; and functional gene (amo, nir, nar, and dsr) detection were analyzed to highlight the real and potential microbial activity and diversity within the soil column. These bioindicators show that topsoil (0 to 20 cm depth) was the more active and the more impacted by treated wastewater filtration. Nitrification was the main activity in the pilot. No sulfate-reducing activity or dsr genes were detected during the first 6 months of wastewater application. Denitrification was also absent, but genes of denitrifying bacteria were detected, suggesting that the denitrifying process may occur rapidly if adequate chemical conditions are favored within the soil column. Results also underline that a dry period (20 days without any wastewater supply) significantly impacted soil bacterial diversity, leading to a decrease of enzyme activities and biomass. Finally, our work shows that treated wastewater filtration leads to a modification of the bacterial genetic and functional structures in topsoil.
지형도를 이용하여 전국 주요하천의 홍수터 면적을 조사하였고, 원판형 부압침투계를 이용하여 홍수터 토양의 투수특성을 조사하였다. 문헌조사와 불포화 흐름해석용 코드를 이용하여 홍수터에서 도시하수의 2차 처리수에 대한 토양처리의 가능성도 평가하였다. 이들 자료를 바탕으로 우리나라의 홍수터여과 용량을 산정하였다. 연구결과 우리나라의 홍수터는 토양여과에 적합한 표층토를 가지며, 하천연장 전체에 걸쳐 홍수터가 골고루 분포되어 있어서 홍수터여과가 하수의 추가처리로 활용되기에 유리한 여건임을 알 수 있었다. 우리나라 전체의 홍수터여과 용량은 약 182,000,000 $m^3$/day이고, 대부분의 하천들은 2차 처리수를 모두 홍수터여과를 통해 추가적으로 처리할 수 있을 것으로 계산되어 이 공법을 적용할 경우 하천수질이 개선 될 것이라고 기대한다. 또한, 본 공법은 상수원수의 수질개선에도 활용될 수 있을 것으로 기대되었다.
Hydraulic conductivity of unconsolidated media can be determined by aquifer tests, laboratory tests and empirical equations based on grain size analysis. Commonly, the different methods give different hydraulic conductivities. Grain size measurements were done to determine hydraulic conductivity, using 184 soil samples collected from eight boreholes in a riverbank filtration area, Daesan-Myeon, Changwon City, Korea, Pumping tests were conducted at the riverbank filtration area. The average hydraulic conductivity by the empirical relations from grain size measurements comes out around $10^{-2}m/s$, 22 to 55 times higher than by the pumping test analyses. The hydraulic conductivity obtained from the empirical equations is interpreted to have a relationship with steady-state condition while that obtained from the pumping tests is interpreted to have a relationship with unsteady-state condition. Thus, hydraulic conductivity obtained from various methods should be critically analyzed for reasonable management of groundwater development.
The pumping capacity of riverbank filtration using radial collector wells at the Geum, Yeongsan, Seomjin, and Nakdong rivers was evaluated using Milojevic's equation. Assessment of the radial collector wells' pumping capacity in riverbank filtration was carried out using a case study in which one set of collector wells is installed in the watershed of each river. Nakdong River was evaluated to have the highest pumping capacity for riverbank filtration. The areas capable of producing over 10,000 $m^3$ per day were found mostly in the Nakdong River.
The groutability depends on the properties of the grout, its injection processes, and on the mechanical properties of the soil formation. During the process of pouring cement-based grouting into a porous medium, a variation with time occurs in the viscosity of grout suspension. In addition the particle filtration phenomenon will limit the expansion of the grouted zone because cement particles are progressively stagnant within the soil matrix. In this paper, a closed-form solution was derived by implementing the mass balance equations and the generalized phenomenological filtration law, which can be used to evaluate the deposition of cement-based grout in the soil matrix. The closed-form solution relevant to a particular spherical flow was modified by a step-wise numerical calculation, considering the variable viscosity caused by a chemical reaction, and the decrease in porosity resulting from grout particle deposition in the soil pores. A series of pilot-scale chamber injection tests was performed to verify that the developed step-wise numerical calculation is able to evaluate the injectable volume of grout and the deposition of grout particles. The results of the chamber injection tests concurred well with that of the step-wise numerical calculation. Based on the filtration phenomenon, a new groutability criterion of cement-based grout in a porous medium was proposed, which might facilitate a new insight in the design of the grouting process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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